Helium superfluida mengungkapkan analog yang dapat dikelola dengan efek Schwinger. Ini memperdalam pemahaman tentang vortisitas dan tunneling kuantum.
Pada tahun 1951, fisikawan Julian Schwinger mengusulkan agar menerapkan medan listrik yang konstan ke ruang hampa dapat menyebabkan pasangan elektron-positron muncul secara spontan, sebuah proses yang dikenal sebagai tunneling kuantum.
Mengapa ini tidak masalah dari Nothing Idea Power Star Trek Replicator atau Transporter? Medan listrik yang dibutuhkan akan sangat besar, jauh di luar jangkauan setiap percobaan laboratorium langsung.
Karena keterbatasan ini, fenomena, yang dikenal sebagai efek Schwinger, tidak pernah diamati secara langsung.
Helium superfluida sebagai analog eksperimental
Fisikawan di University of British Columbia (UBC) sekarang telah menguraikan efek terkait dalam sistem yang lebih mudah dipelajari. Dalam pendekatan mereka, lapisan tipis helium superfluida menggantikan ruang hampa, sedangkan gerakan aliran superfluida mengambil peran medan listrik yang sangat besar.
“Helium-4 superfluida adalah keajaiban. Pada beberapa lapisan atom tebal, itu dapat didinginkan dengan sangat mudah hingga suhu di mana pada dasarnya berada dalam keadaan vakum tanpa gesekan,” jelas Stempel Dr. Philip, seorang ahli teori di UBC yang bekerja pada materi kental dan gravitasi kuantum, yang temuan barunya muncul di oro PNA pada 1 September 2025.
“Ketika kita membuat aliran vakum tanpa gesekan, bukan pasangan elektron-positron muncul, pasangan vortex/anti-vortex akan muncul secara spontan, berputar dalam arah yang berlawanan satu sama lain.”
Memetakan teori dan eksperimen
Dalam makalah ini, Dr. Stamp dan kolega UBC Michael Desrochers menguraikan teori dan matematika di baliknya – membuat pendekatan terperinci untuk melakukan percobaan langsung.
Tunneling vakum adalah proses yang menarik dalam mekanika kuantum dan teori medan kuantum. Dalam teori kuantum, vakuum tidak kosong, mereka dipenuhi dengan bidang yang berfluktuasi yang dapat menyebabkan penampilan sementara dan hilangnya partikel virtual.
“Kami percaya film Helium-4 memberikan analog yang bagus untuk beberapa fenomena kosmik,” tambah Dr. Stamp. “Kekosongan di ruang angkasa yang dalam, lubang hitam kuantum, bahkan awal alam semesta itu sendiri. Dan ini adalah fenomena yang tidak dapat kita dekati dengan cara eksperimental langsung.”
Di luar analog dan ke dalam fisika superfluida
Namun, Dr. Stamp menekankan bahwa minat nyata dari pekerjaan ini mungkin kurang terletak pada analog-yang selalu memiliki keterbatasan-dan lebih dalam cara mengubah pemahaman kita tentang superfluida, dan transisi fase dalam sistem dua dimensi.
“Ini adalah sistem fisik nyata dalam hak mereka sendiri, bukan analog. Dan kita dapat melakukan eksperimen pada ini.”
Pada tingkat matematika, para peneliti membutuhkan beberapa terobosan untuk membuat teori ini berhasil. Sebagai contoh, peneliti sebelumnya yang melihat vortisitas di superfluida telah memperlakukan massa pusaran sebagai konstanta yang tidak berubah. Dr. Stamp dan Desrochers menunjukkan bahwa massa ini akan bervariasi secara dramatis saat vortisitas bergerak, secara fundamental mengubah pemahaman kita tentang vortisitas di kedua cairan dan alam semesta awal.
“Sangat menyenangkan untuk memahami bagaimana dan mengapa massa bervariasi, dan bagaimana hal ini memengaruhi pemahaman kita tentang proses tunneling kuantum, yang ada di mana -mana dalam fisika, kimia, dan biologi,” kata Desrochers.
Stamp juga berpendapat bahwa variabilitas massa yang sama akan terjadi dengan pasangan elektron-positron dalam efek Schwinger, sehingga memodifikasi teori Schwinger, dalam semacam ‘balas dendam analog’.
Referensi: “Tunneling vakum vortisitas dalam dua dimensi 4HE Superfluid Films ”oleh MJ Desrochers, DJJ Marchand dan PCE Stamp, 2 September 2025, Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
Doi: 10.1073/pnas.2421273122
Pekerjaan ini didukung oleh Dewan Penelitian Sains dan Teknik Nasional.
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.
BN Babel
